Protinga fizika, dėl kurios šiuolaikiniai superautomobiliai tokie greiti

Tai klausimas, kuris automobilių dizainerius kamavo daugiau nei šimtmetį: kaip priversti automobilį važiuoti greičiau? Instinktyviai būtų galima manyti, kad galite mesti arklio galias, kol pasieksite norimus skaičius, tačiau tai veikia tik iki taško. Galų gale, „greito“ apibrėžimas apima ne tik automobilio įsibėgėjimo greitį ir maksimalų greitį, kurį jis gali pasiekti; kitu atveju superautomobiliai būtų panašesni į vilkikus. Greičiau superautomobilį padaro greitą dviejų elementų derinys: galios ir svorio santykis bei sukibimas.

Galios ir svorio santykis įtakoja tai, kaip greitai automobilis gali įsibėgėti ir kaip lengvai išlaiko tą greitį, o sukibimas atspindi, kaip gerai jis laikosi prie kelio ir jį įtakoja tokie elementai kaip aerodinamika ir padangos. Sujunkite abu elementus ir „presto“ – turėsite automobilį, kuris greitas tiesiosiose ir išlaiko greitį posūkiuose. Greitas superautomobilis pagal konstrukciją turės mažesnį galios ir svorio santykį nei jūsų vidutinis automobilis, taip pat aerodinaminių dalių, tokių kaip funkciniai priekiniai ir galiniai sparnai, galinis difuzorius ir plačios padangos, padidinančios sukibimą. Visa tai, kartu su sudėtingomis sistemomis ir modernia, tvirta važiuokle, sudaro daugumos superautomobilių receptą šiandien, išskyrus tam tikras specializuotas mašinas, tokias kaip „Caterham Seven“ – kuri, nepaisant visų savo didybės, yra nepaprastai vienas prasčiausių visų laikų automobilių aerodinaminio efektyvumo požiūriu.

Žinoma, tikroji fizika už viso to yra daug labiau niuansuota. Pavyzdžiui, kaip svoris ir galia lemia automobilio greitį, neskaitant akivaizdaus „daugiau galios, tuo greičiau?” Be to, kaip didelės padangos, aerodinaminiai įtaisai ir žemas svorio centras padeda išlaikyti šį pagreitį?

Visiems automobiliams reikia arklio galių, tačiau superautomobiliai žengia žingsnį toliau, nes (paprastai) turi didesnius variklius, kurių galia didesnė nei vidutinis automobilis. Iš pažiūros tai atrodo pakankamai paprasta. Bet tai nėra taip paprasta. Pagalvokite apie tai taip: didžiausias pasaulyje stūmoklinis variklis išvysto daugiau nei 100 000 AG, tačiau jo varomi krovininiai laivai važiuoja tik dalimi superautomobilio greičio. Panašiai kai kurie didelės apkrovos dideli įrenginiai gamina maždaug tokią pat galią kaip ir kai kurie superautomobiliai, tačiau nėra greiti. Taip yra todėl, kad visos šios transporto priemonės yra daug sunkesnės.

Yra žinoma citata, priskiriama serui Colinui Chapmanui, „Lotus“ įkūrėjui: „Supaprastinkite, tada pridėkite lengvumo“. Ši formulė užtikrino pergales šeštajame ir šeštajame dešimtmečiuose, įtvirtindama „Lotus“ kaip išskirtinį automobilių sporto konstruktorių, o vėliau darydama įtaką „Lotus“ sportiniams automobiliams, tokiems kaip „Elise“ ir „Exige“. Paprasčiau tariant, mažesnis svoris, kurį reikia stumti, padidina variklio arklio galias. Nereikia masyvaus variklio, kad galėtumėte stumdytis aplink mažą automobilį, todėl superautomobiliai pirmiausia važiuoja greitai. Žinoma, didesnė galia yra gerai, tačiau svoris taip pat yra svarbi lygties dalis.

Taip pat labai svarbu, kur dedamas šis svoris. Superautomobiliai, panašiai kaip lenktyniniai automobiliai, važiuoja arti žemės, kad nuleistų svorio centrą, išlaikant automobilį subalansuotą ir pasodintą. Variklio vieta taip pat svarbi, nes varikliai paprastai yra gana sunkūs ir gali turėti įtakos valdymui. Štai kodėl galiniai „Porsche“ varikliai yra linkę per daug, o priekiniai sunkūs automobiliai – per mažai. Dauguma šiuolaikinių superautomobilių turi vidutinio variklio išdėstymą, todėl jų platformoms suteikiamas idealus priekio ir galo svorio balansas.

Pusiausvyra ir svoris taip pat svarbūs posūkiuose; automobilis sukasi geriau, jei yra mažiau masės, kurią reikia mesti. Tai pagrindinė Niutono fizika – automobilio masė nori ir toliau judėti tiesia linija, todėl padangos turi jį įtikinti, kad galėtų suktis. Tai reiškia, kad superautomobiliai turi turėti geras padangas ir apsodintą važiuoklę, kad gerai suktųsi.

Tačiau tai tik ledkalnio viršūnė. Dabar pereisime prie aerodinamikos. Kad viskas būtų trumpai, kuo greičiau automobilis važiuoja, tuo daugiau oro turi išeiti iš kelio. Dalis to oro tampa pasipriešinimu, neleidžiančiu automobiliui važiuoti greičiau. Kėbulas, kuris sumažina pasipriešinimą, leidžia automobiliui prasiskverbti per orą ir palikti mažesnį pabudimą, suteikdamas didesnį maksimalų greitį. Štai kodėl superautomobiliai formuojami taip, kaip yra.

Antrasis pagrindinis aerodinamikos komponentas remiasi ne pasipriešinimu, o prispaudimo jėga. Agresyvesni aerodinaminiai elementai, pvz., ryškus priekinis ir galinis sparnas, difuzoriai ir stulpeliai, padeda nustumti automobilį ant žemės. Kuo didesne jėga jis stumiasi žemyn, tuo greičiau gali įlenkti (paprastai taikant didžiausio greičio kompromisą). Štai kodėl daugelis šiuolaikinių superautomobilių turi judančius aerodinaminius įtaisus, pvz., ištraukiamus sparnus – jie išsiplečia, kad automobiliai važiuotų dideliu greičiu ir atsitrauktų, kad būtų geresnis aerodinaminis efektyvumas tiesia linija. Kai kurie taip pat naudoja žemės efektą, kuris įsiurbia automobilį į žemę ir suteikia dar daugiau prispaudimo jėgos. Geri pavyzdžiai yra McLaren F1, kuris turėjo slaptą ventiliatorių porą, kuri užtikrino prispaudimo jėgą ir sumažino pasipriešinimą, ir GMA T.50 gerbėjų automobilį.